锥形束计算机断层扫描(CT)成像技术在口腔疾病诊断中发挥了重要作用。如何从复杂的原始扫描图像中获取牙齿的准确信息，成为口腔医学的一个重要研究问题。引入空间注意力机制，提出一种基于改进U-net网络的分割算法，结合等值面提取算法，实现对牙齿锥形束计算机断层扫描图像的准确分割和三维重建。首先对图像进行分割，得到只保留牙齿信息的图像，再对结果进行三维重建，创建出牙齿的三维模型。实验结果表明，该方法能够有效地提取牙齿信息，有助于对口腔疾病特别是牙齿疾病的诊断和治疗。

如何在复杂噪声条件下提升锥形束计算机断层扫描成像(Cone Beam Computed Tomography, CBCT)图像重建质量, 对于CBCT系统而言是非常重要的。本文提出了一种混合高斯/泊松最大似然函数下的CBCT图像重建方法。首先研究了适宜于描述混合高斯/泊松噪声环境下的CBCT图像重建模型, 它包含一个基于混合高斯/泊松最大似然函数的保真项和一个基于三维全变分正则化方法的约束项。保真项用于约束在混合噪声模型下重建结果与观测值尽可能的相近, 约束项用于噪声去除并要求尽可能较好地保留图像的边缘与细节信息。进一步通过可分离近似方法和扩展拉格朗日方法对上述模型进行求解。最后通过仿真数据和真实数据对算法的有效性进行了验证, 实验结果表明: 仿真结果相对于其他方法而言, PSNR最高可以提升2.1 dB; 从主观视觉而言, 本文方法在噪声环境下具有较好的图像重建质量。因此, 本文方法可以被广泛应用于各种低剂量条件下的CBCT图像重建中。

基于Klein-Nishina(K-N)公式对康普顿散射截面的描述,结合比尔定律,分别计算在物体内部设定的每一个散射点对探测器所有探元造成的散射分布的概率,叠加所有散射点造成的散射分布概率,引入调节系数,求出总散射分布,最后从投影数据中减去散射分布,实现散射伪影的校正。通过仿真和实验验证,该方法能够明显抑制散射造成的杯状伪影与阴影,提高重建图像的质量。

针对圆加直线轨迹重建，提出了一种基于M-line的反投影滤波重建算法。结合圆加直线轨迹几何特点，给出简洁合适的M-lines选取方法；通过求解穿过M-line上重建点的R-line的端点坐标，确定反投影积分区间，从而推导得到算法的具体重建公式。证明圆加直线轨迹重建区域(圆轨迹平面区域除外)R-line的唯一性，并求解扫描所需最短的直线轨迹长度。实验结果表明，该算法能够在大锥角扫描时获得较好的重建结果，明显提高了重建图像质量。

为了解决CT图像中散射伪影问题，提出并使用修正的泊松分布函数作为散射函数，然后利用卷积模型生成多个散射基图像，将基图像与原始重建图像的线性组合作为最终重建图像，最后，通过使重建图像的全变分函数最小求取线性组合系数最优解。该算法具有计算复杂度小、能够灵活应用于不同的成像对象的特点。实验结果表明，算法能够有效抑制散射导致的杯状和黑色带状伪影，提高图像对比度。

针对锥束ART算法重建速度慢的问题,考虑到工业CT重建目标尺寸差异较大的特点,提出了一种基于最小重建区域的快速三维图像重建方法。由不同视角下的锥束投影构建最小区域包络,对最小区域包络进行膨胀处理,以消除重建目标边界附近所出现的伪影,在此基础上,给出了射线穿过最小重建区域的体素索引及权因子的计算。该方法能够根据重建目标的尺寸自适应地确定最小重建区域,从而最大限度地减少了计算量。实验结果表明,该方法不仅大幅度提高了锥束ART算法的重建速度,而且有效地提高了重建质量。